Hvad er kraftelektronik

I denne artikel vil vi tale om kraftelektronik. Hvad er effektelektronik, hvad er det baseret på, hvad er fordelene og hvad er dets udsigter? Lad os dvæle ved komponenterne i kraftelektronik, overvej kort, hvad de er, hvordan de adskiller sig fra hinanden, og til hvilke applikationer disse eller disse typer halvlederkontakter er egnede. Her er eksempler på kraftelektronik enheder, der bruges i hverdagen, i fremstillingen og i hverdagen.

I de senere år har strømelektronik enheder gjort et stort teknologisk gennembrud inden for energibesparelse. Power-halvlederenheder muliggør, på grund af deres fleksible kontrollerbarhed, effektiv konvertering af elektricitet. Nutidens vægt og størrelse og effektivitetsmålinger har allerede bragt konvertere til et kvalitativt nyt niveau.

Mange industrier bruger bløde startere, hastighedsregulatorer, uafbrydelige strømforsyninger, der fungerer på en moderne halvlederbasis og udviser høj effektivitet. Det hele er kraftelektronik.

Styring af strømmen af ​​elektrisk energi i kraftelektronik udføres ved hjælp af halvlederkontakter, som erstatter mekaniske afbrydere, og som kan styres i henhold til den nødvendige algoritme for at opnå den nødvendige gennemsnitlige effekt og præcise handling af dette eller dets arbejdslegeme udstyr.

Så kraftelektronik bruges i transport, i mineindustrien, inden for kommunikation, i mange industrier, og i dag kan ikke et eneste kraftfuldt husholdningsapparat undvære strømelektroniske enheder, der er inkluderet i dets design.

De grundlæggende byggesten i kraftelektronik er netop halvlederens nøglekomponenter, der kan åbne og lukke et kredsløb ved forskellige hastigheder, op til megahertz. I tændt tilstand er omskifterens modstand enheder og brøkdele af ohm, og i slukket tilstand megaohm.

Nøglestyring kræver ikke meget strøm, og tabene på nøglen, der opstod under skiftningsprocessen, med en veldesignet driver, overstiger ikke én procent. Af denne grund er effektiviteten af ​​effektelektronik høj sammenlignet med de tabsgivende positioner af jerntransformatorer og mekaniske kontakter såsom konventionelle relæer.

Kraftelektroniske enheder er enheder, hvor den effektive strøm er større end eller lig med 10 ampere. I dette tilfælde kan de vigtigste halvlederelementer være: bipolære transistorer, felteffekttransistorer, IGBT-transistorer, tyristorer, triacs, lock-in-tyristorer og lock-in-tyristorer med integreret styring.

Lav styreeffekt giver dig også mulighed for at skabe effektmikrokredsløb, hvor flere blokke kombineres på én gang: selve kontakten, styrekredsløbet og styrekredsløbet, det er de såkaldte smarte kredsløb.

Disse elektroniske byggeklodser bruges i både højeffekt industrielle installationer og elektriske husholdningsapparater. En induktionsovn til et par megawatt eller en hjemmedamper til et par kilowatt - begge har solid-state strømafbrydere, der simpelthen fungerer ved forskellige watt.

Således fungerer effekttyristorer i omformere med en kapacitet på mere end 1 MVA, i kredsløb af elektriske drev med jævnstrøm og vekselstrømsdrev med høj spænding, bruges i installationer til kompensation af reaktiv effekt, i installationer til induktionssmeltning.

Låsetyristorer styres mere fleksibelt, de bruges til at styre kompressorer, ventilatorer, pumper med en kapacitet på hundredvis af kVA, og den potentielle koblingseffekt overstiger 3 MVA. IGBT transistorer muliggør udrulning af konvertere med en kapacitet på op til MVA-enheder til forskellige formål, både til motorstyring og til at levere kontinuerlig strømforsyning og omskiftning af høje strømme i mange statiske installationer.

MOSFET'er har fremragende kontrollerbarhed ved frekvenser på hundredvis af kilohertz, hvilket i høj grad udvider deres anvendelsesområde sammenlignet med IGBT'er.

Triacs er optimale til at starte og styre AC-motorer, de kan fungere ved frekvenser op til 50 kHz og kræver mindre energi at styre end IGBT-transistorer.

I dag har IGBT'er en maksimal koblingsspænding på 3500 volt og potentielt 7000 volt.Disse komponenter kan erstatte bipolære transistorer i de kommende år og vil blive brugt på udstyr op til MVA-enheder. For laveffektkonvertere vil MOSFET'er forblive mere acceptable, og for mere end 3 MVA - lock-in tyristorer.

Ifølge analytikernes prognoser vil de fleste af halvlederne i fremtiden have et modulært design, hvor to til seks nøgleelementer er placeret i én pakke. Brugen af ​​moduler giver dig mulighed for at reducere vægten, størrelsen og omkostningerne ved det udstyr, som de vil blive brugt i.

For IGBT-transistorer vil fremskridtet være en stigning i strømme op til 2 kA ved spændinger op til 3,5 kV og en stigning i driftsfrekvenser op til 70 kHz med forenklede kontrolskemaer. Et modul kan ikke kun indeholde kontakter og en ensretter, men også en driver og aktive beskyttelseskredsløb.

Transistorer, dioder, tyristorer fremstillet i de seneste år har allerede forbedret deres parametre betydeligt, såsom strøm, spænding, hastighed og fremskridt står ikke stille.

For en bedre konvertering af vekselstrøm til jævnstrøm anvendes styrede ensrettere, som tillader en jævn ændring af den ensrettede spænding i området fra nul til nominel.

I dag anvendes tyristorer hovedsageligt i synkronmotorer i excitationssystemer til elektriske DC-drev. Dobbelttyristorer - triacer - har kun én gateelektrode til to forbundne antiparallelle tyristorer, hvilket gør styringen endnu nemmere.

For at udføre den omvendte proces bruges konverteringen af ​​jævnspænding til vekselspænding invertere… Uafhængige halvlederswitch-invertere giver en udgangsfrekvens, form og amplitude bestemt af det elektroniske kredsløb, ikke af netværket. Invertere er lavet baseret på forskellige typer af nøgleelementer, men for store kræfter, mere end 1 MVA, igen kommer IGBT transistor invertere ud i toppen.

I modsætning til tyristorer giver IGBT'er en bredere og mere præcis udformning af udgangsstrømmen og spændingen. Laveffekt-bilinvertere bruger felteffekttransistorer i deres arbejde, som ved ydelser op til 3 kW gør et fremragende stykke arbejde med at omdanne jævnstrømmen fra et 12-volts batteri, først til jævnstrøm, gennem en højfrekvent pulsomformer, der fungerer ved en frekvens på 50 kHz til hundredvis af kilohertz, derefter i skiftevis 50 eller 60 Hz.

For at konvertere en strøm af en frekvens til en strøm af en anden frekvens, brug halvleder frekvensomformere… Tidligere foregik dette udelukkende på basis af tyristorer, som ikke havde fuld styrbarhed; det var nødvendigt at udvikle komplekse ordninger til tvungen låsning af tyristorer.

Brugen af ​​switches såsom felteffekt MOSFET'er og IGBT'er letter design og implementering af frekvensomformere, og det kan forudsiges, at tyristorer, især i laveffektenheder, vil blive opgivet til fordel for transistorer i fremtiden.

Thyristorer bruges stadig til at vende elektriske drev; det er nok at have to sæt tyristoromformere til at give to forskellige strømretninger uden at skifte påkrævet. Sådan fungerer moderne berøringsfri vendbare startere.

Vi håber, at vores korte artikel var nyttig for dig, og nu ved du, hvad kraftelektronik er, hvilke kraftelektronikelementer der bruges i kraftelektroniske enheder, og hvor stort potentialet i kraftelektronik er for vores fremtid.